JPH0769423B2 - Rangefinder and approach speedometer - Google Patents
Rangefinder and approach speedometerInfo
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- JPH0769423B2 JPH0769423B2 JP2121375A JP12137590A JPH0769423B2 JP H0769423 B2 JPH0769423 B2 JP H0769423B2 JP 2121375 A JP2121375 A JP 2121375A JP 12137590 A JP12137590 A JP 12137590A JP H0769423 B2 JPH0769423 B2 JP H0769423B2
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- Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、大型の船舶の接岸補助システム用の接岸速度
計などとして利用される接近速度計に関するものであ
る。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to an approach speedometer used as a berth speedometer for a berth assist system of a large ship.
(従来の技術) 外航用のタンカーなど大型の船舶を桟橋に接岸させる場
合、接岸速度が大きすぎると比較的華奢な構造の桟橋が
破壊されてしまう虞れがある。(Prior Art) When a large vessel such as a tanker for ocean voyage is docked at a jetty, if the docking speed is too high, the jetty of a relatively delicate structure may be destroyed.
このため、第11図に示すように、船舶100を数百メート
ルの沖合で桟橋200と平行に静止させ、船腹の船首寄り
と船尾寄りの2箇所を2隻のタグボート101と102との共
同作業によって等速度で推進することにより桟橋への平
行状態を保たせながらゆっくりと接岸させる制御が行わ
れる。この際、船舶の接岸速度が逐一桟橋側で測定さ
れ、ダグボート側に通知されるフィードバック制御が行
われる。なお、本明細書においては、船舶による桟橋や
岸壁への接近動作を「接岸」と称する。For this reason, as shown in FIG. 11, the ship 100 is held parallel to the pier 200 several hundred meters offshore, and two tugboats 101 and 102 are jointly operated at two points on the bow side near the bow and near the stern. By controlling the jetty at a constant speed, the pier is controlled so as to slowly berth while maintaining the parallel state with the jetty. At this time, the berthing speed of the ship is measured one by one on the pier side, and feedback control is notified to the doug boat side. In addition, in this specification, the approaching motion of the ship toward the pier or the quay is referred to as “berthing”.
従来、上述のような接岸速度計として超音波レーダが利
用されている。すなわち、第11図に示すように、岸壁側
の海水中に超音波レーダ201と202とが設置される。各超
音波レーダは超音波放射器と受信器の対から成り、放射
器から放射された超音波が海中を伝播して船舶の喫水線
下の船腹で反射され、再び海中を伝播して超音波レーダ
に戻りその受信器に受信される。この往復の伝播所要時
間と一定の伝播速度から岸壁と船舶との距離が計測さ
れ、この計測距離の時間変化率から接岸速度が計測され
る。この接岸速度の計測は、岸壁への平行状態を保たせ
るなどの目的から、第11図に例示するように、少なくと
も船舶の2箇所について独立して行われる。Conventionally, an ultrasonic radar has been used as the above-mentioned berthing speed meter. That is, as shown in FIG. 11, ultrasonic radars 201 and 202 are installed in the seawater on the quay side. Each ultrasonic radar consists of a pair of ultrasonic radiator and receiver.The ultrasonic wave emitted from the radiator propagates in the sea and is reflected by the side of the ship below the waterline, and propagates in the sea again to propagate the ultrasonic radar. It returns to and is received by the receiver. The distance between the quay and the ship is measured from this round-trip travel time and a constant propagation speed, and the berthing speed is measured from the time change rate of this measured distance. This berthing speed is measured independently for at least two locations on the ship, as shown in FIG. 11, for the purpose of maintaining the parallel state with the quay.
このような超音波を用いた接岸速度計の更に詳細につい
ては、必要に応じて、「船舶接岸誘導装置」と題する特
開昭52−86353号の明細書などを参照されたい。For further details of such a berth speed meter using ultrasonic waves, refer to the specification of JP-A-52-86353, which is entitled "Vessel berth guidance device," as necessary.
(発明が解決しようとする課題) 上記従来の超音波を利用した接岸速度計は、海中におい
て超音波が一定の伝播速度で直進する性質を利用してい
る。しかしながら、この方法では海中の魚、漂流物、気
泡などの各種の障害物の影響を受けたり、波浪や潮位な
どの気象条件によっては放射された超音波が船体の底部
を通過してしまうなど、信頼性の点で問題がある。(Problems to be Solved by the Invention) The above-mentioned conventional berthing speed meter utilizing ultrasonic waves utilizes the property that ultrasonic waves travel straight at a constant propagation speed in the sea. However, with this method, it is affected by various obstacles such as fish in the sea, debris, bubbles, and ultrasonic waves emitted may pass through the bottom of the hull depending on weather conditions such as waves and tide levels. There is a problem in terms of reliability.
この超音波の伝播路を海中ではなく空中に設定すること
には、伝播時の減衰量が過大になったり、風の影響で伝
播路が湾曲するなどの点で難がある。Setting the propagation path of this ultrasonic wave in the air rather than in the sea is difficult in that the amount of attenuation during propagation becomes excessive and the propagation path is curved due to the influence of wind.
また、この超音波レーダでは、超音波の波長がこれを反
射する船腹表面の凹凸に比べて十分大きいため、船腹に
衝突した超音波はその入射角と反射角とが等しくなるよ
うな正規反射を受ける。このため、第12図に例示するよ
うに、接岸中に船舶と桟橋との平行の関係が崩れるにつ
れて、船腹で反射された超音波が放射器と対にして設置
されている受信器に受信されなくなり、計測不能になっ
てしまうという問題もある。Further, in this ultrasonic radar, since the wavelength of the ultrasonic waves is sufficiently larger than the unevenness of the surface of the ship that reflects the ultrasonic waves, the ultrasonic waves that collide with the ship will undergo regular reflection such that the incident angle and the reflection angle are equal. receive. For this reason, as illustrated in Fig. 12, as the parallel relationship between the ship and the pier collapses during berthing, the ultrasonic waves reflected on the side of the ship are received by the receiver installed in pairs with the radiator. There is also a problem that it disappears and measurement becomes impossible.
一方、「航海補助装置」と題する特開昭54−51793号の
明細書などを参照すれば、海水中や空中を伝播路とする
電波探知機を利用する方法も考えられる。しかしなが
ら、本発明者の考案によれば、この電波探知機には次の
ような難点がある。On the other hand, referring to the specification of Japanese Patent Application Laid-Open No. 54-51793, which is entitled "Navigation Assistance Device", a method of using a radio wave detector whose propagation path is in seawater or air can be considered. However, according to the inventor's idea, this radio wave detector has the following drawbacks.
まず、アンテナなど大型の設備が必要となって創設コス
トがかさむと共に、大電力が必要になって運用コストも
かさむという問題がある。First, there is a problem that a large facility such as an antenna is required, which increases the establishment cost, and a large amount of electric power is required, which also increases the operation cost.
また、この電波探知機では、超音波レーダの場合と同様
に、放射された電波が船腹で正規反射されるので、船舶
と岸壁との平行度がある程度崩れると計測不能になると
いう問題もある。Further, in this radio wave detector, similarly to the case of the ultrasonic radar, since the emitted radio wave is regularly reflected on the side of the ship, there is a problem that measurement becomes impossible if the parallelism between the ship and the quay collapses to some extent.
更に、この電波探知機では、電波の波長が大きくて分解
能が十分でないため、船舶の複数箇所について独立に接
岸速度を計測することが困難になるという問題がある。Further, this radio wave detector has a problem that it is difficult to independently measure the berthing speed at a plurality of locations of the ship because the radio wave has a large wavelength and the resolution is not sufficient.
また、電波探知機では、付近の通信施設に誘導妨害を及
ぼすなど、周辺システムの電磁的適合性の問題も生ず
る。Further, the radio wave detector also causes a problem of electromagnetic compatibility of peripheral systems, such as inducing interference in a nearby communication facility.
(課題を解決するための手段) 本発明の距離計は、わずかに異なる周期(周波数)のド
ライブパルスとサンプリングパルスのそれぞれを発振す
る第1、第2の発振部と、物体に対し上記ドライブパル
スに同期してレーザビーム・パルスを放射するレーザダ
イオード及びこのレーザダイオードから放射されたレー
ザビームを収束する送光レンズを含む発光部と、物体で
反射されたレーザビーム・パルスを収束する受光レンズ
及びこの収束されたレーザビーム・パルスを電気信号に
変換して出力するアバランシェ・フォトダイオードを含
む受光部と、この受光部から出力される電気信号を前記
サンプリングパルスに同期して複数回にわたって保持す
ることにより、前記受光されたレーザビーム・パルスの
時間軸を伸長したものに相当する電気信号を出力するサ
ンプル・ホールド部と、このサンプル・ホールド部から
出力される電気信号に基づき前記レーザビーム・パルス
の放射時点から受光時点までの時間差を検出して前記物
体までの距離を算定する距離算定部とを備えている。(Means for Solving the Problem) A rangefinder according to the present invention includes first and second oscillating units for oscillating a drive pulse and a sampling pulse having slightly different periods (frequency), and the drive pulse for an object. A laser diode for emitting a laser beam pulse in synchronism with the laser diode, and a light emitting unit including a light transmitting lens for converging the laser beam emitted from the laser diode; and a light receiving lens for converging a laser beam pulse reflected by an object, A light receiving section including an avalanche photodiode for converting the converged laser beam pulse into an electric signal and outputting the electric signal, and holding the electric signal output from the light receiving section a plurality of times in synchronization with the sampling pulse. The electric signal corresponding to the time axis of the received laser beam pulse is extended by And a distance calculation for calculating the distance to the object by detecting the time difference from the emission point to the reception point of the laser beam pulse based on the electric signal output from the sample and hold section. And a section.
更に、本発明の距離計は、第1,第2の振部のそれぞれか
ら出力されるドライブパルスとサンプリングパルスとの
ビート信号と、一方のパルスの分周信号との位相差を等
しくするように一方の発振部の発振周波数を制御する位
相ロックループを備えている。Furthermore, the distance meter of the present invention is configured to equalize the phase difference between the beat signal of the drive pulse and the sampling pulse output from each of the first and second vibrating units and the frequency-divided signal of one pulse. It has a phase-locked loop that controls the oscillation frequency of one of the oscillators.
更に、本発明の距離計によれば、受光レンズの視野の大
きさは、発光部から放射されるレーザビーム・パルスが
前記物体で上に作る照射スポットの大きさに等しいか少
し異なる値に設定されると共に、発光部の送光レンズと
受光部の受光レンズは、それぞれの光軸を平行に、それ
ぞれの光軸方向に沿って前後して、かつ各光軸間の距離
をそれぞれの直径の和の半分の値に等しいか多少異なる
値に保って設置される。Further, according to the rangefinder of the present invention, the size of the field of view of the light receiving lens is set to a value equal to or slightly different from the size of the irradiation spot formed on the object by the laser beam pulse emitted from the light emitting section. At the same time, the light-transmitting lens of the light-emitting unit and the light-receiving lens of the light-receiving unit are arranged so that their optical axes are parallel to each other, along the respective optical axis directions, and the distances between the optical axes are equal to each other. It is installed with a value equal to or slightly different from the half value of the sum.
(作用) ドライブパルスとサンプリングパルスとの僅かな周期
(周波数)の差異により、受信パルス信号に対するサン
プリングのタイミングが順次δτずつずらされていくも
のとする。受信パルスの幅をW(sec)とすれば、この
受信パルスについて非ゼロのサンプル値が得られる回数
はW/δτ回となる。そして、各非ゼロのサンプリング値
はサンプリングの周期τ(sec)にわたってホールドさ
れたことにより、受信パルスは1回のサンプリング回数
当たりτ(sec)の時間に伸長される。この結果、サン
プルホールド後の受信パルスの幅は、τ(sec/回)×W/
δτ(回)=(τ/δτ)W(sec)となる。従って、
サンプル・ホールド部から出力されるパルス信号の幅
は、受信パルスよりも、 〔(τ/δτ)W〕/W=τ/δτ =(τ0+δτ)/δτ ≒τ0/δτ …(1) 倍だけ伸長されることになる。このように、受信パルス
信号の時間軸上の幅を伸長することにより、受信パルス
の受信時点を高い精度で検出できる。(Operation) It is assumed that the sampling timing for the received pulse signal is sequentially shifted by Δτ due to a slight difference in frequency (frequency) between the drive pulse and the sampling pulse. If the width of the received pulse is W (sec), the number of times that a non-zero sample value is obtained for this received pulse is W / δτ times. Then, since each non-zero sampling value is held for the sampling period τ (sec), the received pulse is extended to τ (sec) per sampling number. As a result, the width of the received pulse after sample hold is τ (sec / time) × W /
δτ (times) = (τ / δτ) W (sec). Therefore,
The width of the pulse signal output from the sample and hold unit is [(τ / δτ) W] / W = τ / δτ = (τ 0 + δτ) / δτ ≈τ 0 / δτ (1) It will be doubled. In this way, by extending the width of the received pulse signal on the time axis, the reception time point of the received pulse can be detected with high accuracy.
以下、本発明を実施例と共に更に詳細に説明する。Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples.
(実施例) 第1図は、本発明の接近速度計の一実施例に係わる接岸
速度計の構成を示すブロック図である。(Embodiment) FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a berth speedometer according to an embodiment of the approach speedometer of the present invention.
図中、10はメイン発振器、11は分周器、12,15は増幅
器、13は発光部、14は受光部、16,18はサンプル・ホー
ルド回路、17は2値化回路、20はサブ発振器、21,23は
分周器、22は混合器、24は位相比較器、25は低減通過濾
波器、30はCPU、31とメモリ、32はメモリコントローラ
である。In the figure, 10 is a main oscillator, 11 is a frequency divider, 12 and 15 are amplifiers, 13 is a light emitting section, 14 is a light receiving section, 16 and 18 are sample and hold circuits, 17 is a binarization circuit, and 20 is a sub oscillator. , 21 and 23 are frequency dividers, 22 is a mixer, 24 is a phase comparator, 25 is a reduction pass filter, 30 is a CPU, 31 and memory, and 32 is a memory controller.
メイン発振器10は、安定な水晶振動子を主体に構成され
ており、発振周波数Foのパルス列を発生する。このパル
ス列は、分周器11において1/Nに間引きされ、一定の繰
り返し周波数fo(=Fo/N)のドライブパルスとなって増
幅器12を経て発光部13に供給される。発光部13は、レー
ザダイオード(LD)とこれを駆動するためのLD駆動回路
で構成され、増幅器12から供給されるドライブパルス列
に同期してレーザダイオードを駆動し、周期τo(=1/
fo)でパルス状のレーザビームを放射させる。この発光
部13は、岸壁面など海面上の所定箇所に設置されてお
り、岸壁の前方にかつ岸壁と直交する方向にパルス状の
レーザビームを放射する。The main oscillator 10 is mainly composed of a stable crystal oscillator, and generates a pulse train having an oscillation frequency Fo. This pulse train is decimated to 1 / N in the frequency divider 11, becomes a drive pulse having a constant repetition frequency fo (= Fo / N), and is supplied to the light emitting unit 13 via the amplifier 12. The light emitting unit 13 includes a laser diode (LD) and an LD drive circuit for driving the laser diode, drives the laser diode in synchronization with the drive pulse train supplied from the amplifier 12, and has a cycle τo (= 1/1 /
fo) emits a pulsed laser beam. The light emitting unit 13 is installed at a predetermined position on the sea surface such as a quay wall, and emits a pulsed laser beam in front of the quay and in a direction orthogonal to the quay.
この発光部13から放射されるレーザビームの特性値の典
型的なものは、半値幅;3ns、出力;200W(PEP:ピークエ
ンベロープパワー)、波長;850nm、繰り返し周期;5μs
である。Typical characteristic values of the laser beam emitted from the light emitting unit 13 are: half width; 3 ns, output; 200 W (PEP: peak envelope power), wavelength: 850 nm, repetition period: 5 μs
Is.
発光部13から放射されたパルス状のレーザビームは、ダ
グボートによる推進を受けて接岸中の船舶の船首又は船
尾寄りの船腹で反射され、受光部14に入射する。受光部
14は、アバランシェ・フォト・ダイオード(APD)を主
体に構成されており、受光量に応じた振幅の電気信号を
出力する。従って、パルス状のレーザビームの反射成分
が受光されるたびに、パルス状の電気信号が受光部14か
ら出力される。このパルス状の電気信号は増幅器15にお
いて波高値が所定値となるように振幅制限を受けつつ増
幅されたのち、サンプル・ホールド回路16に供給され
る。このサンプル・ホールド回路16には、サブ発振器20
で発生されたパルス列が分周器21による分周を受けるこ
とにより周期τのサンプリング・パルスとして供給され
る。増幅器15から出力されるパルス状の電気信号がサン
プリング・パルスに同期してサンプル・ホールド回路16
に保持され、2値化回路17に出力される。The pulsed laser beam emitted from the light emitting unit 13 is propelled by the doug boat, reflected by the bow of the ship on the shore or near the stern, and enters the light receiving unit 14. Light receiving section
14 is mainly composed of an avalanche photodiode (APD), and outputs an electric signal having an amplitude according to the amount of received light. Therefore, each time the reflected component of the pulsed laser beam is received, a pulsed electric signal is output from the light receiving unit 14. The pulsed electric signal is amplified in the amplifier 15 while being subjected to amplitude limitation so that the peak value becomes a predetermined value, and then is supplied to the sample and hold circuit 16. This sample and hold circuit 16 includes a sub oscillator 20
The pulse train generated in 1 is frequency-divided by the frequency divider 21 and is supplied as a sampling pulse having a period τ. The pulse-shaped electric signal output from the amplifier 15 is synchronized with the sampling pulse, and the sample-and-hold circuit 16
Is stored in the binarization circuit 17 and is output to the binarization circuit 17.
サンプル・ホールド回路16の出力は、2値化回路におい
て所定の閾値と比較されることにより2値化される。す
なわち、サンプル・ホールド16の出力が上記閾値に満た
なければ2値化回路17から2値信号の“0"が出力され、
サンプル・ホールド16の出力が上記閾値以上であれば2
値化回路17から2値信号の“1"が出力される。この2値
化回路17の出力は、メモリコントローラ32の制御のもと
にメモリ31に書込まれる。なお、増幅器12から出力され
るパルスは、サンプル・ホールド回路18において、サブ
発振器20の分周パルスに同期してサンプル・ホールドさ
れ、メモリコントローラ32に供給される。メモリコント
ローラ32は、サンプル・ホールド回路18からパルス出力
を受けるたびに、アドレスカウンタを歩進させると共
に、2値化回路17の出力をメモリ31に書込む。従って、
CPU30は、アドレスを歩進させながらメモリ31をアクセ
スしてゆくことにより、書込みデータが連続的な“0"か
ら連続的な“1"に変化するアドレスを検出し、このアド
レス値から放射パルスと受信パルスの時間差すなわち、
伝播遅延時間を検出することができる。The output of the sample and hold circuit 16 is binarized by being compared with a predetermined threshold value in the binarization circuit. That is, if the output of the sample and hold 16 does not reach the above threshold value, the binary signal "0" is output from the binarization circuit 17,
2 if the output of sample and hold 16 is above the threshold
The binarization circuit 17 outputs a binary signal "1". The output of the binarization circuit 17 is written in the memory 31 under the control of the memory controller 32. The pulse output from the amplifier 12 is sampled and held in the sample and hold circuit 18 in synchronization with the frequency-divided pulse of the sub oscillator 20, and is supplied to the memory controller 32. Each time the memory controller 32 receives a pulse output from the sample and hold circuit 18, the memory controller 32 advances the address counter and writes the output of the binarization circuit 17 into the memory 31. Therefore,
The CPU 30 detects the address at which the write data changes from continuous “0” to continuous “1” by accessing the memory 31 while advancing the address, and the radiation pulse is detected from this address value. The time difference between the received pulses i.e.
The propagation delay time can be detected.
CPU30は、この伝播遅延時間と光速とから接岸中の船舶
までの距離を算定し、この距離の時間変化速度(変化
率)から船舶の接岸速度を算定する。CPU30は、この算
定した接岸速度を図示しない表示装置に表示したり、図
示しない送信装置から接岸作業中のタグボートなどに向
けて自動送出したりする。The CPU 30 calculates the distance to the ship under berth from the propagation delay time and the speed of light, and calculates the berthing speed of the ship from the time change speed (rate of change) of this distance. The CPU 30 displays the calculated berthing speed on a display device (not shown), or automatically sends the calculated berthing speed to a tugboat or the like under berthing work from a transmitter (not shown).
第1図の接岸速度計は、典型的には、第2図に参照符号
1と2とを付して例示するように、岸壁200上に所定の
距離をおいて2個設置される。接岸速度計1と2の発光
部は、タグボート101と102とに推進され岸壁200にほぼ
平行に接岸してくる船舶100の船首寄りの船腹と船尾寄
りの船腹のそれぞれにレーザビームを放射する。この放
射されたレーザビームを反射する船舶の表面は、このレ
ーザビームの波長に比べて十分大きな凹凸を有する粗面
を呈しているため、入射レーザビームはこの粗面によっ
て等方散乱される。すなわち、第2図に例示するよう
に、レーザビームの入射面を入射点で代表させると、こ
の入射点から球状の指向性を持った反射ビームが放射さ
れる。The two berth speedometers of FIG. 1 are typically installed on the quay 200 at a predetermined distance, as illustrated by reference numerals 1 and 2 in FIG. The light emitting portions of the berth speedometers 1 and 2 emit laser beams to the boat side near the bow and the boat side near the stern of the ship 100, which is propelled by the tugs 101 and 102 and berths substantially parallel to the quay 200. Since the surface of the ship that reflects the emitted laser beam has a rough surface having irregularities sufficiently larger than the wavelength of the laser beam, the incident laser beam is isotropically scattered by this rough surface. That is, as shown in FIG. 2, when the incident surface of the laser beam is represented by an incident point, a reflected beam having a spherical directivity is emitted from this incident point.
従って、第3図に例示するように、接岸中の船舶100と
岸壁200との平行度が崩れても、反射レーザビームの指
向性が広いため受光部の受光感度が不足して検出不能に
陥ることはない。この広い指向性のため、接岸速度計1
と2のそれぞれから放射されたレーザビームの反射波が
相手方の受光部にも到達することになる。しかしなが
ら、各接岸速度計の受光部に適宜な指向性を持たせるこ
とにより、相手方の反射波の受光に伴う相互の干渉を容
易に回避することができる。Therefore, as illustrated in FIG. 3, even if the parallelism between the ship 100 and the quay 200 while docking is broken, the directivity of the reflected laser beam is so wide that the light receiving sensitivity of the light receiving section is insufficient, and detection becomes impossible. There is no such thing. Due to this wide directivity, the berth speed meter 1
The reflected waves of the laser beam emitted from each of No. 2 and No. 2 also reach the light receiving unit of the other party. However, it is possible to easily avoid mutual interference due to reception of reflected waves of the other party by giving the light receiving section of each berth speed meter an appropriate directivity.
ところで、第1図の接岸速度計は、超音波に比べて桁違
いに大きな伝播速度のレーザビームを利用している。こ
のため、反射波の伝播遅延時間が超音波の場合よりも桁
違いに短くなり、通常の方法によってはこの伝播遅延時
間を精度良く測定することは困難になる。また、この接
岸速度計は電波に比べて桁違いに短い波長のレーザビー
ムを利用している。このため、電波利用のレーダでは有
効な送受の変調波の振幅差や位相差などから反射波の伝
播遅延時間を測定する手法も採用できない。By the way, the berth speed meter of FIG. 1 uses a laser beam having a propagation speed that is orders of magnitude higher than that of ultrasonic waves. For this reason, the propagation delay time of the reflected wave becomes orders of magnitude shorter than that of the ultrasonic wave, and it becomes difficult to measure the propagation delay time with high accuracy by an ordinary method. In addition, this berth speed meter uses a laser beam with a wavelength that is orders of magnitude shorter than radio waves. For this reason, a radar that uses radio waves cannot adopt a method of measuring the propagation delay time of a reflected wave from the amplitude difference and phase difference of the effective transmitted and received modulated waves.
そこで、第1図の接岸速度計では、次のようなサンプリ
ングの手法を利用して必要な測定精度を確保している。Therefore, in the berthing speed meter shown in FIG. 1, the required measurement accuracy is secured by using the following sampling method.
すなわち、第4図の波形図を参照すれば、レーザビーム
・パルスは、(A)に示すように、一定の周期τoで繰
り返し放射される。この結果、同図(B)に例示するよ
うに、各レーザビーム・パルスの放射時点から伝播遅延
時間τdだけ遅れて反射レーザビーム・パルスが受信さ
れる。ただし、船舶の接岸速度がvでかつ船舶までの距
離がrの場合、想定されるv/rの値よりもレーザビーム
・パルスの繰り返し周波数fo(=1/τo)を桁違いに大
きくすることにより、毎回検出される伝播遅延時間τd
が等しくなるように設定される。この遅延時間τdを精
度良く検出するには、受信パルス波形を高精度で検出す
る必要がある。このため、第4図(C)に例示するよう
に、τoに比べて僅かに大きな周期τのサンプリング・
パルスが分周器21から供給され、増幅器15から出力され
た受信パルスがサンプル・ホールド回路16においてこの
サンプリング・パルスに同期して、ホールドされる。That is, referring to the waveform diagram of FIG. 4, the laser beam pulse is repeatedly emitted with a constant period τo, as shown in FIG. As a result, as illustrated in FIG. 6B, the reflected laser beam pulse is received with a delay of propagation delay time τd from the emission time point of each laser beam pulse. However, if the berthing speed of the ship is v and the distance to the ship is r, increase the repetition frequency fo (= 1 / τo) of the laser beam pulse by an order of magnitude greater than the expected value of v / r. The propagation delay time τd detected by
Are set to be equal. In order to detect this delay time τd with high accuracy, it is necessary to detect the received pulse waveform with high accuracy. Therefore, as illustrated in FIG. 4 (C), sampling / sampling with a period τ slightly larger than τo is performed.
The pulse is supplied from the frequency divider 21, and the received pulse output from the amplifier 15 is held in the sample and hold circuit 16 in synchronization with this sampling pulse.
サンプリング・パルスの周期τとレーザビーム・パルス
の周期τoの差をδτとすれば、第4図の(A)と
(C)との比較から明らかなように、最初のサンプリン
グ・パルスはレーザビーム・パルスと同時に発生する
が、次回からは毎回δτずつレーザビーム・パルスより
も遅延してゆく。従って、このサンプリング・パルスと
(B)に例示する受信パルスとの時間軸上における相対
的な関係に着目すれば、後者は前者によってδτの時間
間隔でサンプリングされ、ホールドされてゆくことにな
る。このサンプリングとホールドはτの周期で行われる
ので、サンプル・ホールド回路16から出力される受信パ
ルス波形の時間軸は、(D)を参照することによっても
判明するように、前述した(1)式で与えられる倍率だ
け伸長されることになる。Assuming that the difference between the sampling pulse period τ and the laser beam pulse period τo is δτ, it is clear from the comparison between (A) and (C) in FIG. 4 that the first sampling pulse is the laser beam.・ Although it occurs at the same time as the pulse, from the next time onward, it will be delayed by δτ from the laser beam pulse. Therefore, paying attention to the relative relationship on the time axis between this sampling pulse and the reception pulse illustrated in (B), the latter is sampled and held by the former at a time interval of δτ. Since the sampling and holding are performed in the period of τ, the time axis of the received pulse waveform output from the sample and hold circuit 16 is as described above by the equation (1), as will be understood by referring to (D). Will be expanded by the magnification given by.
第4図(D)に示した例では、元の反射パルスの幅に比
べてδτが大きすぎるためその時間軸を拡大した波形は
粗い波形となっている。実際には、元の反射パルスの幅
に比べてδτを十分小さな値に設定することにより十分
滑かな時間軸拡大波形を得ることができる。In the example shown in FIG. 4 (D), δτ is too large compared to the width of the original reflected pulse, so that the waveform whose time axis is enlarged is a rough waveform. In practice, a sufficiently smooth time-axis expanded waveform can be obtained by setting δτ to a value sufficiently smaller than the width of the original reflected pulse.
この(1)式の値τo/δτは、1回の距離測定に必要な
レーザビーム・パルスの総放射個数でもある。この1回
の距離測定に必要な総放射個数をΣnとおけば、 Σn≒τo/δτ …(2) このようなサンプリングの手法により時間軸の伸張を実
現するために、メイン発振器10とサブ発振器20の発振周
波数は次のような考察に基づき決定される。The value τo / δτ of the equation (1) is also the total number of laser beam pulses emitted for one distance measurement. If the total number of radiation required for this one-time distance measurement is Σn, Σn ≈ τo / δτ (2) In order to realize time extension by such a sampling method, the main oscillator 10 and sub oscillator The 20 oscillation frequencies are determined based on the following considerations.
すなわち、まず、この接岸速度計の測定可能範囲(測定
可能な最遠距離)をRメートル(m)とし、光速をC
(m/s)とすれば、この最遠距離Rに位置する船舶から
反射されて受信されるレーザビーム・パルスの伝播遅延
時間τmax(s)は、 τmax=2R/C(s) …(3) となる。That is, first, the measurable range (the longest measurable distance) of this berth speed meter is R meters (m), and the speed of light is C
(M / s), the propagation delay time τmax (s) of the laser beam pulse reflected and received from the ship located at the farthest distance R is τmax = 2R / C (s) (3) ).
従って、R(m)の測定可能範囲を確保するためには、
発光部13を駆動する発光用パルスの周期τoを(1)式
のτmax以上に設定する必要がある。ここでは、 τo=τmax=2R/C(s) …(4) に設定する。Therefore, in order to secure the measurable range of R (m),
It is necessary to set the period τo of the light emission pulse for driving the light emitting unit 13 to be τmax or more in the equation (1). Here, τo = τmax = 2R / C (s) (4) is set.
発光用パルスの繰り返し周波数foは、 fo=1/τo =C/2R(1/s) …(5) となる。The repetition frequency fo of the light emission pulse is fo = 1 / τo = C / 2R (1 / s) (5).
分周器11の分周比をNとおけば、 メイン発振器10の発振周波数Foは、 Fo=Nfo =NC/2R(1/s) …(6) となる。If the frequency division ratio of the frequency divider 11 is set to N, the oscillation frequency Fo of the main oscillator 10 becomes Fo = Nfo = NC / 2R (1 / s) (6).
一方、距離の測定分解能をδR(m)に設定すれば、こ
れに基づく伝播遅延時間の測定分解能δτは、 δτ=2δR/C(s) …(7) となる。On the other hand, if the distance measurement resolution is set to δR (m), the propagation delay time measurement resolution δτ based on this is δτ = 2δR / C (s) (7).
従って、分周器21から出力されるサンプリング・パルス
の周期τを、 τ=τo+δτ =(2R+2δR)/C(s) …(8) に設定すればよい。また、サンプリング・パルスの繰り
返し周波数fは、 f=1/τ =C/(2R+2δR)(1/s) …(9) となる。Therefore, the period τ of the sampling pulse output from the frequency divider 21 may be set to τ = τo + δτ = (2R + 2δR) / C (s) (8). Further, the repetition frequency f of the sampling pulse is f = 1 / τ = C / (2R + 2δR) (1 / s) (9).
ここで、分周器21の分周比を分周器11の分周比と同一の
値Nとおけば、サブ発振器20の発振周波数Fは、 F=Nf =NC/(2R+2δR)(1/s) …(10) となる。Here, if the frequency division ratio of the frequency divider 21 is set to the same value N as the frequency division ratio of the frequency divider 11, the oscillation frequency F of the sub-oscillator 20 is F = Nf = NC / (2R + 2δR) (1 / s)… (10)
(6)式と(10)式とから、 δF=Fo−F =NCδR/〔2R(R+δR)〕 ≒NCδR/(2R2) …(11) (6)式と(11)式及び(7)式と(8)式とから、 δF/Fo ≒〔NCδR/(2R2)〕/〔NC/(2R)〕 =δR/R =〔Cδτ/2〕/〔C(τ−δτ)/2〕 =δτ/(τ−δτ) =δτ/τo…(12) ここで、測定可能範囲Rを750m、測定分解能δRを1cm
(0.01m)とすれば、(10)式から δF/Fo =1.333×10-5 …(13) を得る。From equations (6) and (10), δF = Fo−F = NCδR / [2R (R + δR)] ≈NCδR / (2R 2 ) ... (11) Equations (6), (11) and (7) From the formula and the formula (8), δF / F o ≈ [NCδR / (2R 2 )] / [NC / (2R)] = δR / R = [Cδτ / 2] / [C (τ-δτ) / 2 ] = Δτ / (τ-δτ) = δτ / τ o (12) Here, the measurable range R is 750 m and the measurement resolution δR is 1 cm.
If it is (0.01m), δF / Fo = 1.333 × 10 -5 (13) is obtained from the equation (10).
このような微小な発振周波数の差を互いに独立に動作す
るメイン発振器10とサブ発振器20とに保持させること
は、極めて困難である。そこで、第1図に示すように、
サブ発振器20を電圧制御発振器(VCO)で構成すると共
に、ミキサ22、分周器23、位相比較器24,低域通過濾波
器25から成る位相ロックループを構成することにより、
サブ発振器20の発振周波数Fをメイン発振器10の発振周
波数FoよりもδFだけ低い値に追随させる構成としてい
る。このδFは、分周器23の分周比をMとすれば、 δF =Fo/MN …(14) となる。It is extremely difficult to hold such a minute difference in oscillation frequency in the main oscillator 10 and the sub oscillator 20 that operate independently of each other. Therefore, as shown in FIG.
By configuring the sub-oscillator 20 with a voltage controlled oscillator (VCO) and configuring a phase-locked loop including a mixer 22, a frequency divider 23, a phase comparator 24, and a low-pass filter 25,
The oscillation frequency F of the sub oscillator 20 is made to follow the value lower than the oscillation frequency Fo of the main oscillator 10 by δF. This δF is δF = Fo / MN (14), where M is the frequency division ratio of the frequency divider 23.
以下では、上述の考察に基づく具体的な数値の設定方法
について説明する。Hereinafter, a specific method of setting a numerical value based on the above consideration will be described.
まず、測定可能範囲Rとして750mを設定する。この測定
可能範囲Rと(4)式とから、レーザビームの放射周期
τoとして5.00μs(マイクロ秒)を得る。これは200k
Hzの繰り返し周波数foに相当する。次に、毎秒5回の割
合で距離の測定値を得るものとする。これに伴い、1回
の測定所要時間は200ms(ミリ秒)となる。従って、1
回の測定に必要なレーザパルス・ビームの総放射個数Σ
nは、 Σn=200kHz×200ms =4×104 となる。このΣnは(2)式からτo/δτに等しく、こ
れはまた(12)式からR/δRに等しい。First, 750 m is set as the measurable range R. From this measurable range R and the equation (4), 5.00 μs (microsecond) is obtained as the radiation period τo of the laser beam. This is 200k
It corresponds to the repetition frequency fo of Hz. Next, the distance measurement value is obtained at a rate of 5 times per second. Accordingly, the time required for one measurement is 200 ms (millisecond). Therefore, 1
Total number of laser pulse beams emitted for each measurement Σ
n is Σn = 200 kHz × 200 ms = 4 × 10 4 . This Σn is equal to τo / δτ from equation (2), which is also equal to R / δR from equation (12).
従って、測定分解能δRとして750m/(4×104)=1.87
5cmを得る。また、分周比Nを750とすれば、(6)式か
ら、メイン発振器10の発振周波数Foとして、750×200kH
z=150MHzを得る。また、(12)式から、δF=150MHz/
(4×104)=3.75KHzを得る。Therefore, the measurement resolution δR is 750 m / (4 × 10 4 ) = 1.87
Get 5 cm. Further, if the frequency division ratio N is 750, from the formula (6), the oscillation frequency Fo of the main oscillator 10 is 750 × 200 kH
Get z = 150MHz. From equation (12), δF = 150MHz /
(4 × 10 4 ) = 3.75 KHz is obtained.
このようにして試行錯誤に基づき設定した4通りの数値
例を第5図に示す。FIG. 5 shows an example of four numerical values set by trial and error in this way.
第6図と第7図は、第1図の接岸速度計の物理的構成を
示す斜視図と側面図である。6 and 7 are a perspective view and a side view showing the physical configuration of the berthing speed meter of FIG.
上記各図において、41は発光部レンズ保持鏡筒、42は発
光部スライド鏡筒、43は配置調整機構、44はレーザダイ
オード用ヒートシンク、45はレーザダイオード・ユニッ
トケース、51aと51bは受光部レンズ保持鏡筒、52は受光
部スライド鏡筒、53はAPD取付け台、54はAPDユニットケ
ース、61はプリント配線板、62,63はマウントパネルで
ある。In each of the above figures, 41 is a light emitting part lens holding barrel, 42 is a light emitting part slide barrel, 43 is an arrangement adjusting mechanism, 44 is a laser diode heat sink, 45 is a laser diode unit case, 51a and 51b are light receiving part lenses A holding barrel, 52 is a light-receiving slide barrel, 53 is an APD mount, 54 is an APD unit case, 61 is a printed wiring board, and 62 and 63 are mount panels.
プリント配線板61上には、第1図の回路のうち発光部13
と受光部14を除く第1図の回路が組立てられる。第6図
の物理的組立体は、更にフレームやシャーシなどが追加
されたのち、所定の形状の防爆筐体内に収容される。On the printed wiring board 61, the light emitting portion 13 of the circuit shown in FIG.
The circuit of FIG. 1 excluding the light receiving portion 14 is assembled. The physical assembly shown in FIG. 6 is housed in an explosion-proof housing having a predetermined shape after adding a frame and a chassis.
レーザダイオード・ユニットケース45内に収納されたレ
ーザダイオードの発光面はほぼ0.5mmφ程度であり、こ
こから20゜〜30゜の拡がり角度でレーザビームが放射さ
れる。従って、このレーザダイオードは発光量が極めて
大きいという点を除き、単なるフィラメントと考えるこ
とができる。一方、APDの受光面積は、レーザダイオー
ドの発光面のほぼ2倍の大きさの1.0mmφ程度である。
そこで、受光部レンズの焦点距離を発光部レンズの焦点
距離のほぼ2倍の大きさに設定することにより、船舶の
船腹に形成された照射ビームのみを受光部の視野として
常時自動的に選択することが可能になる。この結果、最
高のS/N比のもとで受光が実現される。本実施例によれ
ば、発光部レンズとして焦点距離120mm、直径400mmのア
クロアートレンズが使用され、受光部レンズとして焦点
距離240mm、直径63mmのアクロアートレンズが使用され
ている。The light emitting surface of the laser diode housed in the laser diode unit case 45 is about 0.5 mmφ, and the laser beam is emitted from here at a divergence angle of 20 ° to 30 °. Therefore, this laser diode can be considered as a simple filament except that the amount of emitted light is extremely large. On the other hand, the light receiving area of the APD is about 1.0 mmφ which is almost twice as large as the light emitting surface of the laser diode.
Therefore, by setting the focal length of the light receiving lens to be approximately twice as large as the focal length of the light emitting lens, only the irradiation beam formed on the side of the vessel is automatically selected as the visual field of the light receiving unit. It will be possible. As a result, light reception is realized under the highest S / N ratio. According to this embodiment, an achromatic lens having a focal length of 120 mm and a diameter of 400 mm is used as the light emitting lens, and an achromatic lens having a focal length of 240 mm and a diameter of 63 mm is used as the light receiving lens.
また、第8図に示すように、発光部レンズ40と受光部レ
ンズ50のそれぞれを相互の間隔を最小に保ちながら有効
径の局限まで利用するために、それぞれを光軸を沿って
前後にずらして配列している。このように各レンズを光
軸方向にずらして配列することにより、第9図の正面図
に示すように、それぞれの鏡筒の肉厚が存在するにも係
わらず、各レンズの間隔を最小に保ちながらそれぞれを
有効径の局限まで利用できる。Further, as shown in FIG. 8, in order to use each of the light-emitting lens 40 and the light-receiving lens 50 to the limit of the effective diameter while keeping the mutual distance to a minimum, each of them is moved back and forth along the optical axis. Are arranged. By arranging the lenses in such a manner that they are offset from each other in the optical axis direction, as shown in the front view of FIG. 9, the distance between the lenses is minimized in spite of the thickness of each lens barrel. Each can be used up to the effective diameter limit while maintaining.
受光部が、発光部から放射されたレーザビームによって
接岸中の船舶の船腹に形成されるスポットのみを視野に
おさめるためには、上記各部の焦点距離の選択に加えて
各部の光軸を船腹上で交差させる必要がある。従って、
各部の鏡筒相互間の光軸調整機構が必要になる。本実施
例によれば、上記鏡筒相互間の光軸調整機構を簡便な配
置調整機構で代用することによりその低廉化を実現して
いる。すなわち、各部の鏡筒の光軸は平行に固定してお
き、配置調整機構43によってレーザダイオードの配置を
発光の鏡筒41,42の光軸に対して調整することにより、
等価的な光軸調整を実現している。In order for the light receiving part to keep only the spot formed on the side of the vessel of the ship under berth by the laser beam emitted from the light emitting part in the field of view, in addition to selecting the focal length of each of the above parts, Need to cross at. Therefore,
An optical axis adjustment mechanism between the lens barrels of each part is required. According to the present embodiment, the optical axis adjusting mechanism between the lens barrels is replaced with a simple arrangement adjusting mechanism to realize the cost reduction. That is, the optical axis of the lens barrel of each part is fixed in parallel, by adjusting the arrangement of the laser diode by the arrangement adjusting mechanism 43 with respect to the optical axis of the light emitting lens barrel 41, 42,
The equivalent optical axis adjustment is realized.
第10図は、上記配置調整機構43の構成を示す分解斜視図
である。FIG. 10 is an exploded perspective view showing the configuration of the arrangement adjusting mechanism 43.
この配置調整機構は、スライド鏡筒42に固定される板72
と、この板72に対してX軸方向に変位可能に重ね合わさ
れる板73と、この板72と73に対してY軸方向に変位可能
に重ね合わされる板74と、これら板相互間の変位を可能
にする開口、ピン、ネジ孔、ネジ、ばねなどの付属部品
群から構成される。This arrangement adjusting mechanism includes a plate 72 fixed to the slide barrel 42.
A plate 73 superposed on the plate 72 so as to be displaceable in the X-axis direction, a plate 74 superposed on the plates 72 and 73 so as to be displaceable in the Y-axis direction, and a displacement between these plates. It is composed of a group of accessories such as openings, pins, screw holes, screws, springs, etc.
まず、板72が図示しないネジ止めによってスライド鏡筒
42に固定される。次に、板73が板72にX軸方向に変位可
能に重ね合わされる。すなわち、ピン孔78と79にピン80
が挿入されると共にピン孔75と長孔76にピン77が挿入さ
れることにより、ピン80のまわりの回転の自由度を残し
ながら板72と73が重ね合わされる。次に、バネ83と開口
82を通してネジ孔81にネジ84が螺合される。このネジ84
の螺合深さを調整することにより、板73は板72に対して
ピン80を中心として回転し、これに伴いX軸方向への変
位成分が発生する。First, the plate 72 is attached to the slide barrel by screwing (not shown).
Fixed at 42. Next, the plate 73 is superposed on the plate 72 so as to be displaceable in the X-axis direction. That is, the pin 80 in the pin holes 78 and 79.
Is inserted and the pin 77 is inserted into the pin hole 75 and the long hole 76, the plates 72 and 73 are overlapped while leaving the freedom of rotation around the pin 80. Next, the spring 83 and the opening
A screw 84 is screwed into the screw hole 81 through 82. This screw 84
By adjusting the screwing depth of the plate 73, the plate 73 rotates about the pin 80 with respect to the plate 72, and accordingly, a displacement component in the X-axis direction is generated.
同様にして、板74が板72と73に対してY軸方向に変位可
能に重ね合わされる。すなわち、ピン孔85と86にピン87
が挿入されると共にピン孔88と長孔89にピン90が挿入さ
れることにより、ピン87のまわりの回転の自由度を残し
ながら板73と74が重ね合わされる。次に、バネ93と開口
92を通してネジ孔91にネジ94が螺合される。このネジ94
の螺合深さを調整することにより、板74は板73に対して
ピン87を中心として回転し、これに伴いY軸方向への変
位成分が発生する。Similarly, the plate 74 is superposed on the plates 72 and 73 so as to be displaceable in the Y-axis direction. That is, pin 87 in pin holes 85 and 86
Is inserted and the pin 90 is inserted into the pin hole 88 and the long hole 89, the plates 73 and 74 are superposed while leaving the freedom of rotation around the pin 87. Next, the spring 93 and the opening
The screw 94 is screwed into the screw hole 91 through the screw hole 92. This screw 94
By adjusting the screwing depth of the plate 74, the plate 74 rotates about the pin 87 with respect to the plate 73, and accordingly, a displacement component in the Y-axis direction is generated.
以上、船舶を対象とする接岸速度計について説明した。
しかしながら、船舶以外の移動体を対象とする接近速度
計として本発明を拡張できることは明らかである。The berth speedometer for ships has been described above.
However, it is obvious that the present invention can be extended as an approach speedometer for moving bodies other than ships.
また、所定周期で船舶等の移動体までの距離を測定し、
その減少割合から接近速度を計測する場合を説明した。
しかしながら、これを単に静止あるいは移動物体までの
距離を測定する距離計に拡張できることは明らかであ
る。In addition, the distance to a moving body such as a ship is measured in a predetermined cycle,
The case of measuring the approach speed from the reduction rate has been described.
However, it is clear that this can be extended to a rangefinder that simply measures the distance to a stationary or moving object.
(発明の効果) 以上詳細に説明したように、本発明の接近速度計は、レ
ーザビーム・パルスの放射時点から受光時点までの時間
を検出して船舶等移動体までの距離を算定し、この算定
した距離の時間変化率から移動体の接近速度を算定する
構成であるから、従来の超音波や電波を利用するレーダ
とは異なり、高い信頼性のもとで経済的な計測を実現で
きるという効果が奏される。(Effect of the Invention) As described in detail above, the approach speedometer of the present invention calculates the distance to a moving body such as a ship by detecting the time from the emission point of a laser beam pulse to the reception point. It has a configuration that calculates the approaching speed of a moving object from the calculated time change rate of distance, so unlike conventional radars that use ultrasonic waves or radio waves, it is possible to realize economical measurement with high reliability. The effect is played.
また、本発明の接近速度計は、ドライブパルスとサンプ
リングパルスとの微小な周波数差の安定性を特殊な位相
クロックループの付加によって実現すると共に、受光レ
ンズの視野や送光レンズとの位置関係を最適化すること
によって高いS/N比を実現する構成であるから、受信パ
ルス信号の時間軸の伸長とあいまって、高い検出精度を
実現できる。Further, the approach speedometer of the present invention realizes the stability of a minute frequency difference between the drive pulse and the sampling pulse by adding a special phase clock loop, and at the same time, establishes the visual field of the light receiving lens and the positional relationship with the light transmitting lens. Since it is configured to realize a high S / N ratio by optimizing, it is possible to realize high detection accuracy together with the extension of the time axis of the received pulse signal.
【図面の簡単な説明】 第1図は本発明の接近速度計の一実施例に係わる接岸速
度計の構成を示すブロック図、第2図と第3図は上記実
施例の接岸速度計の使用状況を説明するための平面図、
第4図は上記実施例の接岸速度計の動作を説明するため
の波形図、第5図は上記実施例の接岸速度計の動作に関
する設定項目の例を示す概念図、第6図と第7図は第1
図の接岸速度計の物理的構成を示す斜視図と側面図、第
8図と第9図は発光部レンズと受光部レンズの空間的配
列を説明するための断面図と正面図、第10図は発光部と
受光部の光軸調整を代用する配置調整機構の構成を説明
する分解斜視図、第11図と第12図は従来の超音波レーダ
ーによる接岸速度計の使用状況とその問題点を説明する
ための平面図である。 1,2……接岸速度計、10……メイン発振器、11,21……分
周器、12,15……増幅器、13……発光部、14……受光
部、16,18……サンプル・ホールド回路、17……2値化
回路、20……サブ発振器、30……CPU、31……メモリ、3
2……メモリコントローラ、41……発光部レンズ保持鏡
筒、42……発光部スライド鏡筒、43……配置調整機構、
44……レーザダイオード用ヒートシンク、45……レーザ
ダイオード・ユニットケース、51a,51b……受光部レン
ズ保持鏡筒、52……受光部スライド鏡筒、53……APD取
付け台、54……APDユニットケース、61……プリント配
線板、62,63……マウントパネル、100……接岸中の船
舶、101,102……タグボート、200……岸壁。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a berth speedometer according to an embodiment of the approaching speedometer of the present invention, and FIGS. 2 and 3 are the use of the berth speedometer of the above embodiment. A plan view to explain the situation,
FIG. 4 is a waveform diagram for explaining the operation of the berth speedometer of the above embodiment, FIG. 5 is a conceptual diagram showing an example of setting items relating to the operation of the berth speedometer of the above embodiment, FIGS. 6 and 7. The figure is first
FIG. 8 is a perspective view and a side view showing the physical configuration of the berthing speed meter in the figure, and FIGS. 8 and 9 are sectional views, front views, and 10 for explaining the spatial arrangement of the light-emitting lens and the light-receiving lens. Is an exploded perspective view for explaining the configuration of the arrangement adjusting mechanism that substitutes the optical axis adjustment of the light emitting part and the light receiving part, and FIGS. 11 and 12 show the usage situation and problems of the conventional berth speed meter with ultrasonic radar. It is a top view for explaining. 1,2 shore speedometer, 10 ...... main oscillator, 11,21 ...... divider, 12,15 …… amplifier, 13 …… light emitting part, 14 …… light receiving part, 16,18 …… sample ・Hold circuit, 17 …… Binarization circuit, 20 …… Sub oscillator, 30 …… CPU, 31 …… Memory, 3
2 ... Memory controller, 41 ... Lens holding lens barrel for light emitting unit, 42 ... Slide barrel for light emitting unit, 43 ... Arrangement adjusting mechanism,
44 …… Laser diode heat sink, 45 …… Laser diode unit case, 51a, 51b …… Light receiving part lens holding lens barrel, 52 …… Light receiving part slide lens barrel, 53 …… APD mount, 54 …… APD unit Case, 61 …… Printed wiring board, 62,63 …… Mount panel, 100 …… Vessel on berth, 101,102 …… Tugboat, 200 …… Wharf.
Claims (4)
発生する第1の発振部と、 前記第1の周期よりもわずかに大きな第2の周期で反復
されるサンプリングパルスを発生する第2の発振部と、 前記第1の発振部から出力されるドライブパルスと前記
第2の発振部から出力されるサンプリングパルスとのビ
ート信号と一方のパルスの分周信号との位相差を等しく
するように前記第1又は第2の発振部の発振周波数を制
御する位相ロックループと、 物体に対し前記ドライブパルスに同期してレーザビーム
・パルスを放射するレーザダイオード及びこのレーザダ
イオードから放射されたレーザビームを収束する送光レ
ンズを含む発光部と、 前記物体で反射されたレーザビーム・パルスを収束する
受光レンズ及びこの収束されたレーザビーム・パルスを
電気信号に変換して出力するアバランシェ・フォトダイ
オードを含む受光部と、 この受光部から出力される電気信号を前記サンプリング
パルスに同期して複数回にわたって保持することによ
り、前記受光されたレーザビーム・パルスの時間軸を伸
長したものに相当する電気信号を出力するサンプル・ホ
ールド部と、 このサンプル・ホールド部から出力される電気信号に基
づき前記レーザビーム・パルスの放射時点から受光時点
までの時間差を検出して前記物体までの距離を算定する
距離算定部とを備え、 前記受光レンズの視野の大きさは前記発光部から放射さ
れるレーザビーム・パルスが前記物体で上に作る照射ス
ポットの大きさに等しいか少し異なる値に設定されてお
り、かつ 前記発光部の送光レンズと前記受光部の受光レンズは、
それぞれの光軸を平行に、それぞれの光軸方向に沿って
前後して、かつ各光軸間の距離をそれぞれの直径の和の
半分の値に等しいか多少異なる値に保って設置されたこ
とを特徴とする距離計。1. A first oscillator for generating a drive pulse repeated in a first cycle, and a second oscillator for generating a sampling pulse repeated in a second cycle slightly larger than the first cycle. Of the drive pulse output from the first oscillating section and the sampling pulse output from the second oscillating section, and the phase difference between the divided signal of one of the pulses. A phase-locked loop that controls the oscillation frequency of the first or second oscillator, a laser diode that emits a laser beam pulse to an object in synchronization with the drive pulse, and a laser beam emitted from the laser diode. A light-emitting portion including a light-transmitting lens that converges the laser beam, a light-receiving lens that converges the laser beam pulse reflected by the object, and the converged laser beam pattern. A light receiving portion including an avalanche photodiode for converting a pulse into an electric signal and outputting the electric signal; and holding the electric signal output from the light receiving portion a plurality of times in synchronization with the sampling pulse, thereby receiving the received laser light. A sample-and-hold section that outputs an electric signal corresponding to an expanded time axis of the beam pulse, and an electric signal output from the sample-and-hold section, from the time when the laser beam pulse is emitted until the time when the laser beam pulse is received. And a distance calculation unit that calculates a distance to the object by detecting a time difference, and the size of the field of view of the light-receiving lens is the irradiation spot created by the laser beam pulse emitted from the light-emitting unit on the object. The light-transmitting lens of the light-emitting unit and the light-receiving lens of the light-receiving unit are ,
Installed in parallel to each optical axis, in front of and behind each optical axis direction, and with the distance between the optical axes kept equal to or slightly different from half the sum of the diameters. Distance meter characterized by.
発生する第1の発振部と、 前記第1の周期よりもわずかに大きな第2の周期で反復
されるサンプリングパルスを発生する第2の発振部と、 前記第1の発振部から出力されるドライブパルスと前記
第2の発振部から出力されるサンプリングパルスとのビ
ート信号と一方のパルス分周信号との位相差を等しくす
るように前記第1又は第2の発振部の発振周波数を制御
する位相ロックループと、 物体に対し前記ドライブパルスに同期してレーザビーム
・パルスを放射するレーザダイオード及びこのレーザダ
イオードから放射されたレーザビームを収束する送光レ
ンズを含む発光部と、 前記物体で反射されたレーザビーム・パルスを収束する
受光レンズ及びこの収束されたレーザビーム・パルスを
電気信号に変換して出力するアバランシェ・フォトダイ
オードを含む受光部と、 この受光部から出力される電気信号を前記サンプリング
パルスに同期して複数回にわたって保持することによ
り、前記受光されたレーザビーム・パルスの時間軸を伸
長したものに相当する電気信号を出力するサンプル・ホ
ールド部と、 このサンプル・ホールド部から出力される電気信号に基
づき前記レーザビーム・パルスの放射時点から受光時点
までの時間差を検出して前記物体までの距離を算定する
距離算定部と、 前記算定された距離の時間変化率から前記物体の接近速
度を算定する接近速度算定部とを備え、 前記受光レンズの視野の大きさは前記発光部から放射さ
れるレーザビーム・パルスが前記物体で上に作る照射ス
ポットの大きさに等しいか少し異なる値に設定されてお
り、かつ 前記発光部の送光レンズと前記受光部の受光レンズは、
それぞれの光軸を平行に、それぞれの光軸方向に沿って
前後して、かつ各光軸間の距離をそれぞれの直径の和の
半分の値に等しいか多少異なる値に保って設置されたこ
とを特徴とする接近速度計。2. A first oscillating section for generating a drive pulse repeated in a first cycle, and a second oscillating section for generating a sampling pulse repeated in a second cycle slightly larger than the first cycle. Of the drive pulse output from the first oscillating section and the sampling pulse output from the second oscillating section, and one of the pulse-divided signals have the same phase difference. A phase-locked loop that controls the oscillation frequency of the first or second oscillator, a laser diode that emits a laser beam pulse to an object in synchronization with the drive pulse, and a laser beam emitted from the laser diode. A light emitting unit including a converging light transmitting lens, a light receiving lens for converging a laser beam pulse reflected by the object, and the converged laser beam pulse A light receiving unit including an avalanche photodiode for converting the optical signal into an electric signal and outputting the electric signal, and holding the electric signal output from the light receiving unit a plurality of times in synchronization with the sampling pulse, thereby receiving the received laser beam. A sample-and-hold section that outputs an electric signal corresponding to an expanded time axis of the beam pulse, and an electric signal output from the sample-and-hold section, from the time when the laser beam pulse is emitted until the time when the laser beam pulse is received. A distance calculation unit that calculates a distance to the object by detecting a time difference, and an approach speed calculation unit that calculates an approach speed of the object from the time change rate of the calculated distance are provided. The size is equal to or slightly larger than the size of the irradiation spot created by the laser beam pulse emitted from the light emitting unit on the object. The light-transmitting lens of the light-emitting unit and the light-receiving lens of the light-receiving unit are set to different values,
Installed in parallel to each optical axis, in front of and behind each optical axis direction, and with the distance between the optical axes kept equal to or slightly different from half the sum of the diameters. An approach speedometer characterized by.
ードは、前記受光レンズに対しその光軸と直交する直交
2軸方向への配置を微調可能に設置されることを特徴と
する特許請求の範囲第2項記載の距離計。3. The avalanche photodiode of the light receiving portion is installed so as to be able to finely adjust the arrangement in the directions of two orthogonal axes orthogonal to the optical axis of the light receiving lens. The distance meter described in item 2.
光レンズに対しその光軸と直交する直交2軸方向への配
置を微調可能に設置されることを特徴とする特許請求の
範囲第2項記載の距離計。4. The laser diode of the light emitting section is installed so that the laser diode of the light emitting section can be finely adjusted in the direction of two orthogonal axes orthogonal to the optical axis of the laser diode. The range finder described in paragraph.
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Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2121375A JPH0769423B2 (en) | 1990-05-14 | 1990-05-14 | Rangefinder and approach speedometer |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04164280A JPH04164280A (en) | 1992-06-09 |
| JPH0769423B2 true JPH0769423B2 (en) | 1995-07-31 |
Family
ID=14809674
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP2121375A Expired - Lifetime JPH0769423B2 (en) | 1990-05-14 | 1990-05-14 | Rangefinder and approach speedometer |
Country Status (1)
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| JP (1) | JPH0769423B2 (en) |
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-
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- 1990-05-14 JP JP2121375A patent/JPH0769423B2/en not_active Expired - Lifetime
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| JPH04164280A (en) | 1992-06-09 |
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